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09年造價(jià)工程師建設(shè)工程技術(shù)與計(jì)量(土建)精華(11)

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  第二節(jié) 地質(zhì)巖性

  一、巖石礦物特性

  礦物是存在于地殼中的具有一定物理性質(zhì)和化學(xué)成分的自然元素和化合物。其中構(gòu)成巖石的礦物,稱為造巖礦物。組成地殼的巖石,都是在一定的地質(zhì)條件下,由一種或幾種礦物自然組合而成的礦物集合體。礦物的成分、性質(zhì)及其在各種因素影響下的變化,都會(huì)對(duì)巖石的強(qiáng)度和穩(wěn)定性發(fā)生影響。

  目前,已發(fā)現(xiàn)的礦物有3000多種,但造巖礦物僅30余種。由于成分和結(jié)構(gòu)的不同,每種礦物都有自己特有的物理性質(zhì),物理性質(zhì)是鑒別礦物的主要依據(jù)。

 ?。?)顏色。顏色是礦物最明顯、最直觀的物理性質(zhì)。根據(jù)成色原因,可分為白色、他色和假色。白色是礦物本身固有的成分、結(jié)構(gòu)所決定的顏色,具有鑒定意義;他色是由于混入物引起的顏色;假色則是由于某種物理光學(xué)過程所致。

 ?。?)光澤。光澤是礦物表面的反光能力,用類比方法常分為四個(gè)等級(jí):金屬光澤、半金屬光澤、金剛光澤及玻璃光澤。另外,由于礦物表面不平、內(nèi)部裂紋等,可形成某種獨(dú)特的光澤,如絲絹光澤、油脂光澤、蠟狀光澤、珍珠光澤、土狀光澤等。礦物遭受風(fēng)化后,光澤強(qiáng)度就會(huì)有不同程度的降低,如玻璃光澤變?yōu)橛椭鉂傻取?/p>

 ?。?)硬度。硬度是礦物抵抗外力刻劃、壓人或研磨等機(jī)械作用的能力。鑒定礦物常用一些礦物互相刻劃來測(cè)定其相對(duì)硬度,一般分為10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí),如表1.2.1礦物硬度表所列。

  在實(shí)際工作中常用可刻劃物品來大致測(cè)定礦物的相對(duì)硬度,如指甲約為2~2.5度,玻璃約為5.5—6度,鋼刀約為6~7度。

  二、巖石物理力學(xué)性質(zhì)

 ?。ㄒ唬r石的主要物理性質(zhì)

  1.重量

  巖石的重量是巖石最基本的物理性質(zhì)之一,一般用比重和重度兩個(gè)指標(biāo)表示。

  巖石的比重是巖石固體(不包括孔隙)部分單位體積的重量,在數(shù)值上等于巖石固體顆粒的重量與同體積的水在4℃時(shí)重量的比。常見的巖石的比重一般介于2.4~3.3之間。巖石的比重決定于組成巖石的礦物的比重及其在巖石中的相對(duì)含量。

  巖石的重度也稱容重,是巖石單位體積的重量,在數(shù)值上等于巖石試件的總重量(包括孔隙中的水重)與其總體積(包括孔隙體積)之比。巖石重度的大小決定于巖石中礦物的比重、巖石的孔隙性及其含水情況。巖石孔隙中完全沒有水存在時(shí)的重度,稱為干重度;孔隙全部被水充滿時(shí)的重度,稱為飽和重度。

  一般來講,組成巖石的礦物比重大,或巖石的孔隙性小,則巖石的重度就大。在相同條件下的同一種巖石,重度大就說明巖石的結(jié)構(gòu)致密、孔隙性小,巖石的強(qiáng)度和穩(wěn)定性也較高。

  2.孔隙性

  巖石的孔隙性用孔隙度表示,反映巖石中各種孔隙的發(fā)育程度。在數(shù)值上等于巖石中各種孔隙的總體積與巖石總體積的比,以百分?jǐn)?shù)計(jì)。孔隙性對(duì)巖石的強(qiáng)度和穩(wěn)定性產(chǎn)生重要的影響。巖石孔隙度的大小,主要取決于巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造,同時(shí)也受外力因素的影響。未受風(fēng)化或構(gòu)造作用的侵入巖和某些變質(zhì)巖,其孔隙度一般是很小的,而礫巖、砂巖等一些沉積巖類的巖石,則經(jīng)常具有較大的孔隙度。

  3.吸水性

  巖石的吸水性一般用吸水率表示,反映巖石在一定條件下(在通常大氣壓下)的吸水能力。在數(shù)值上等于巖石的吸水重量與同體積干燥巖石重量的比,也可以百分?jǐn)?shù)計(jì)。巖石的吸水率與巖石孔隙度的大小、孔隙張開程度等因素有關(guān)。巖石的吸水率大,則水對(duì)巖石顆粒問結(jié)合物的浸潤(rùn)、軟化作用就強(qiáng),巖石強(qiáng)度和穩(wěn)定性受水作用的影響也就越大。

  4.軟化性

  巖石的軟化性是指巖石受水作用后,強(qiáng)度和穩(wěn)定性發(fā)生變化的性質(zhì),主要取決于巖石的礦物成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征。黏土礦物含量高、孔隙度大、吸水率高的巖石,與水作用容易軟化而喪失其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

  用軟化系數(shù)作為巖石軟化性的指標(biāo),在數(shù)值上等于巖石飽和狀態(tài)下的極限抗壓強(qiáng)度與風(fēng)干狀態(tài)下極限抗壓強(qiáng)度的比。其值越小,表示巖石的強(qiáng)度和穩(wěn)定性受水作用的影響越大。未受風(fēng)化作用的巖漿巖和某些變質(zhì)巖,軟化系數(shù)大都接近于1,是弱軟化的巖石,其抗水、抗風(fēng)化和抗凍性強(qiáng)。軟化系數(shù)小于0.75的巖石,是軟化性較強(qiáng)的巖石,工程性質(zhì)比較差。

  5.抗凍性

  巖石孔隙中的水結(jié)冰時(shí)體積膨脹,會(huì)產(chǎn)生巨大的壓力。巖石抵抗這種壓力作用的能力,稱為巖石的抗凍性。在高寒冰凍地區(qū),抗凍性是評(píng)價(jià)巖石工程性質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。

  巖石的抗凍性,有不同的表示方法,一般用巖石在抗凍試驗(yàn)前后抗壓強(qiáng)度的降低率表示??箟簭?qiáng)度降低率小于25%的巖石,認(rèn)為是抗凍的;大于25%的巖石,認(rèn)為是非抗凍的。

 ?。ǘr石主要力學(xué)性質(zhì)

  1.巖石的變形

  巖石受力作用會(huì)產(chǎn)生變形,在彈性變形范圍內(nèi)用彈性模量和泊松比兩個(gè)指標(biāo)表示。彈性模量是應(yīng)力與應(yīng)變之比,以“帕斯卡”為單位,用符號(hào)Pa表示。相同受力條件下,巖石的彈性模量越大,變形越小。即彈性模量越大,巖石抵抗變形的能力越強(qiáng)。泊松比是橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的比。泊松比越大,表示巖石受力作用后的橫向變形越大。

  巖石并不是理想的彈性體,巖石變形特性的物理量也不是一個(gè)常數(shù)。通常所提供的彈性模量和泊松比,只是在一定條件下的平均值。

  2.巖石的強(qiáng)度

  巖石的強(qiáng)度是巖石抵抗外力破壞的能力,也以“帕斯卡”為單位,用符號(hào)Pa表示。巖石受力作用破壞,表現(xiàn)為壓碎、拉斷和剪切等,故有抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度等。

 ?。?)抗壓強(qiáng)度??箟簭?qiáng)度是巖石在單向壓力作用下抵抗壓碎破壞的能力,是巖石最基本最常用的力學(xué)指標(biāo)。在數(shù)值上等于巖石受壓達(dá)到破壞時(shí)的極限應(yīng)力??箟簭?qiáng)度主要與巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、風(fēng)化程度和含水情況等有關(guān),也受巖石的礦物成分和生成條件的影響。所以,巖石的抗壓強(qiáng)度相差很大,膠結(jié)不良的礫巖和軟弱頁巖小于20MPa,堅(jiān)硬巖漿巖大于250MPa.

 ?。?)抗拉強(qiáng)度??估瓘?qiáng)度是巖石抵抗拉伸破壞的能力,在數(shù)值上等于巖石單向拉伸破壞時(shí)的最大張應(yīng)力。巖石的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度,故當(dāng)巖層受到擠壓形成褶皺時(shí),常在彎曲變形較大的部位受拉破壞,產(chǎn)生張性裂隙。

 ?。?)抗剪強(qiáng)度??辜魪?qiáng)度是指巖石抵抗剪切破壞的能力,在數(shù)值上等于巖石受剪破壞

  時(shí)的極限剪應(yīng)力。在一定壓應(yīng)力下巖石剪斷時(shí),剪破面上的最大剪應(yīng)力,稱為抗剪斷強(qiáng)度,其值一般都比較高??辜魪?qiáng)度是沿巖石裂隙或軟弱面等發(fā)生剪切滑動(dòng)時(shí)的指標(biāo),其強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于抗剪斷強(qiáng)度。

  三項(xiàng)強(qiáng)度中,巖石的抗壓強(qiáng)度最高,抗剪強(qiáng)度居中,抗拉強(qiáng)度最小??辜魪?qiáng)度約為抗壓強(qiáng)度的10%~40%,抗拉強(qiáng)度僅是抗壓強(qiáng)度的2%~16%。巖石越堅(jiān)硬,其值相差越大,軟弱巖石的差別較小。巖石的抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度,是評(píng)價(jià)巖石(巖體)穩(wěn)定性的主要指標(biāo),是對(duì)巖石(巖體)的穩(wěn)定性進(jìn)行定量分析的依據(jù)之一。

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發(fā)布:2007-07-01 10:24    編輯:泛普軟件 · xiaona    [打印此頁]    [關(guān)閉]
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